Odpowiadamy na najczęstsze pytania na temat śniegu
Większość płatków śniegu nie jest idealnie symetryczna, jak pokazują to “magiczne” zimowe fotografie. W rzeczywistości pokaźna liczba spadających z nieba kryształków jest nieregularna. Zwróćcie uwagę na niezwykłe właściwości “białego puchu”.
Dlaczego płatki śniegu przyjmują takie, a nie inne kształty?
Wszystko zaczyna się w chmurach, gdy malutka kropla wilgoci zamarza w miniaturową cząstkę lodu. W miarę jak para wodna zaczyna kondensować się na jej powierzchni, cząsteczka lodu zaczyna szybko się rozwijać, aż osiągnie kształt małego heksagonu. Przez pewien czas utrzymywać będzie ten prosty kształt stale rosnąć.
W miarę jak kryształ staje się większy, zaczynają pojawiać się w narożnikach “gałązki” kiełkujące w ramiona. Kryształ dalej rośnie, znajdując się jeszcze cały czas w chmurze, przez co doświadcza zmian temperatur, które wpływają na powstanie konkretnego kształtu płatka śniegu. Ich ostateczny wygląd zależy bowiem głównie od temperatury.
Ponieważ poszczególne ramiona rosną w tym samym tempie, tak samo doświadczają zmiany warunków, dlatego są symetryczne. Efektem końcowym jest skomplikowana rozgałęziona struktura, przyjmująca zawsze symetrię sześciokąta.
Cała struktura powstaje więc spontanicznie (ale symetrycznie) na skutek zmieniającej się w chmurze temperatury.
Czy coś odpowiada za synchronizację poszczególnych ramion płatka śniegu?
Nie. Sześć ramion kryształku śniegu rośnie niezależnie od siebie, jak to opisano w poprzednim akapicie. Ale ponieważ rosną w tych samych, losowo zmieniających się warunkach, wszystkie sześć ostatecznie uzyska podobny kształt.
Podobny, ale nie identyczny – większość płatków nie jest bowiem dokładnie symetryczna. To, co widzimy zwykle na zdjęciach to wybrane przez fotografów naturalne majstersztyki. Nieregularne płatki są zdecydowanie najbardziej powszechnym typem. Idealne gwiazdki śniegu są przyjemne dla oka, ale nie najpopularniejsze.
Dlaczego śnieg jest biały?
Nie chodzi o żaden barwnik. Śnieg to kryształ – biorąc pojedynczy płatek pod lupę, będzie on wyglądał po prostu jak szkło.
Duża ilość kryształków wydaje się biała z tego samego powodu, dla którego stos pokruszonego szkła będzie wydawał się biały. Dodatkowo światło padające na powierzchnię śniegu jest odbijane. Przy nagromadzeniu wielu cząsteczek odbijających (przynajmniej częściowo) światło, będzie się ono odbijać i finalnie rozpraszać.
Jeśli wszystkie promienie światła zostaną równomiernie rozproszone, będą wydawać się dla nas białe. Do tego śnieg pochłania część światła – dzieje się to głównie w przypadku czerwonego koloru, a w mniejszym stopniu niebieskiego. Dlatego patrząc czasem na sterty śniegu, może on wydawać nam się niebieski.
Czy może być zbyt zimno, żeby padał śnieg?
W zasadzie każda temperatura poniżej zera jest dobra dla powstania śniegu. Pada on nawet w ekstremalnie niskich temperaturach na przykład minus 40 stopni Celsjusza na Biegunie Południowym.
W bardziej przyjazny środowisku zdarza się jednak, że pada go mniej, gdy temperatura osiąga około minus 20 stopni. Gdy “porcja” wilgotnego powietrza zaczyna się chłodzić, powstaje śnieg. Zanim temperatura spadnie do 20 stopni mrozu, śnieg zdąży się już utworzyć i spaść, pozostawiając zimne powietrze bez wilgoci.
Dlatego czasem przy utrzymujących się mrozach nie starcza już wilgoci na wyprodukowanie kolejnej porcji białego puchu.
Po co nam jest wiedza o śniegu?
Badanie struktury i sposobów kształtowania się śniegu jest przydatne, by lepiej poznać naturę samych kryształów. Są one bowiem stosowane w różnego rodzaju urządzeniach elektronicznych i chcielibyśmy wiedzieć lepiej, w jaki sposób powstają.
Komputery są produkowane z komponentów krzemowych, które z kolei są cięte z dużych kryształów krzemu. Wiele innych kryształów półprzewodnikowych jest wykorzystywanych w elektronice. Lasery są również wykonane z kryształów, a różne odmiany kryształów optycznych są szeroko wykorzystywane w telekomunikacji. Sztuczne kryształy diamentu są stosowane w obróbce i szlifowaniu. Lista kryształów przemysłowych jest długa.
Poprzez studiowanie fizyki płatków śniegu dowiadujemy się o tym, jak cząsteczki kondensują się, tworząc kryształy. Ta podstawowa wiedza odnosi się również do innych materiałów. Dowiadując się więcej o fizyce i chemii kryształów śniegu, będziemy mogli w przyszłości wykorzystać tę wiedzę w celu wytworzenia nowych i lepszych rodzajów materiałów krystalicznych.
Kolejnym powodem, dla którego warto studiować budowę płatków śniegu, jest lepsze poznanie mechanizmów naturalnego montażu i budowania konstrukcji. Ludzie budują wszelkie struktury, zaczynając od bloku materiału, w którym rzeźbią. Przykładowo komputery powstają poprzez nakładanie skomplikowanych wzorów (układów) na płytki krzemowe.
Natura z kolei ma zupełnie inne podejście do produkcji. Cząsteczki naturalnie i samodzielnie budują struktury. Komórki rosną i dzielą się, tworząc złożone organizmy, oraz samodzielnie układając się w nawet w tak skomplikowane organy, jak mózg. Nasze DNA nie zawiera szczegółowych informacji o rozmieszczeniu poszczególnych komórek. Większość struktur powstaje spontanicznie w miarę wzrostu, podążając za mało znanymi nam jeszcze zasadami.
Samoistny biologiczny montaż organizmów i innych struktur jest skomplikowanym procesem, którego nie rozumiemy na najbardziej podstawowym poziomie.
Płatek śniegu jest bardzo prostym przykładem samoistnego montażu. W jego przypadku nie ma nawet kodu genetycznego, który kierowałby budową. Jednak jakimś sposobem niesamowite struktury pojawiają się dosłownie znikąd. W miarę jak zrozumiemy lepiej te mechanizmy, sami staniemy się lepszymi konstruktorami.
Przemysł elektroniczny zmierza w stronę miniaturyzacji, dlatego samodzielny montaż stanie się coraz ważniejszy w produkcji. Wiedza o naturalnych procesach może być przydatna w projektowaniu rozwiązań dla inżynierii.
